FI91642B - Cationic lignin which can be used as a flocculating agent and method for purification of waste water - Google Patents

Cationic lignin which can be used as a flocculating agent and method for purification of waste water Download PDF

Info

Publication number
FI91642B
FI91642B FI912863A FI912863A FI91642B FI 91642 B FI91642 B FI 91642B FI 912863 A FI912863 A FI 912863A FI 912863 A FI912863 A FI 912863A FI 91642 B FI91642 B FI 91642B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
lignin
cationic
reagent
black liquor
ultrafiltered
Prior art date
Application number
FI912863A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI912863A (en
FI912863A0 (en
FI91642C (en
Inventor
Erkki Pulkkinen
Hannu Mikkonen
Original Assignee
Metsae Serla Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Metsae Serla Oy filed Critical Metsae Serla Oy
Priority to FI912863A priority Critical patent/FI91642C/en
Publication of FI912863A0 publication Critical patent/FI912863A0/en
Publication of FI912863A publication Critical patent/FI912863A/en
Publication of FI91642B publication Critical patent/FI91642B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI91642C publication Critical patent/FI91642C/en

Links

Landscapes

  • Separation Of Suspended Particles By Flocculating Agents (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

9164291642

Flokkulointiaineena käyttökelpoinen kationinen ligniini ja menetelmä jätevesien puhdistamiseksi Tämä keksintö koskee flokkulointiaineena käyttökel-5 poista kationista ligniiniä sekä menetelmää jätevesien puhdistamiseksi.This invention relates to cationic lignin useful as a flocculant and to a process for treating wastewater.

Ligniini on luonnonpolymeeri, jota syntyy suuria määriä puujalostusteollisuuden sivutuotteena. Selluloosaa eristettäessä ligniini joutuu jäteliemiin, joista väkevöi-10 misen jälkeen märkäpoltettaessa saatu lämpö on energiaetu (sulfaattiprosessi). Ligniini voidaan saostaa jäteliemestä hapottamalla kuin myös mustalipeä voidaan puhdistaa ja fraktioida ultrasuodattamalla, jolloin ultrasuodatusfrak-tioiden kemiallinen modifiointi tulee mahdolliseksi.Lignin is a natural polymer that is produced in large quantities as a by-product of the wood processing industry. When cellulose is isolated, lignin enters waste liquors, from which the heat obtained from wet combustion after concentration is an energy advantage (sulphate process). Lignin can be precipitated from the waste liquor by acidification as well as the black liquor can be purified and fractionated by ultrafiltration, thus allowing chemical modification of the ultrafiltration fractions.

15 Sulfaattijäteliemestä eristetyn ligniinin keskimää räinen molekyylipaino on noin 1500 - 5000, mutta sitä voidaan fraktioida esim. mustalipeää ultrasuodattamalla tai liuotinkäsittelyllä, niin että molekyylipainojakautuma on 50 %:n osalta suurempi kuin 5000.15 Lignin isolated from sulphate waste liquor has an average molecular weight of about 1500 to 5000, but can be fractionated, for example, by ultrafiltration or solvent treatment of black liquor so that the molecular weight distribution is greater than 5000 at 50%.

20 Aikaisemmin kationisia ligniinejä on valmistettu ainoastaan happosaostetuista ligniineistä ja niiden testaus jätevesien käsittelyssä on ollut puutteellista (ks. esim. US-patenttijulkaisut 4775744 ja 3718639) .In the past, cationic lignins have only been prepared from acid-precipitated lignins and have been poorly tested in wastewater treatment (see, e.g., U.S. Patent Nos. 4,775,744 and 3,718,639).

Kationisen ligniinin valmistamisen tapahtuessa kek-25 sinnön mukaisesti jäteliemen ultrasuodatetusta fraktiosta saavutetaan se etu, että aikaisempiin menetelmiin kuulunut ligniinin happosaostusvaihe jää pois. Täten menetelmä, jossa kationinen ligniini valmistetaan edellä mainitusta aineksesta, tarjoaa myös taloudellisemman vaihtoehdon ai-30 kaisemmin tunnettuihin menetelmiin nähden. Näin saadaan siis halpa kationinen flokkulantti, joka tekee suurten jätevesimäärien käsittelyn mielekkääksi.In the preparation of cationic lignin according to the invention, the ultrafiltered fraction of the waste liquor has the advantage that the acid precipitation step of lignin which has been included in the previous methods is omitted. Thus, the process in which the cationic lignin is prepared from the above-mentioned material also offers a more economical alternative to the previously known processes. Thus, a cheap cationic flocculant is obtained, which makes the treatment of large amounts of wastewater meaningful.

Mustalipeän ultrasuodatuksella saavutetaan myös se etu, että ultrasuodatuksessa vältetään mustalipeän pieni-35 molekyylinen fraktio ja saadaan jäteveden kolloidisten aineiden flokkauksen kannalta edullinen jae, jonka molekyy- 2 91642 lipaino on > 20 000. Ultrasuodatettu fraktio tarjoaa näin paremman lähtöaineen jäteveden puhdistamiseen. Ultrasuoda-tuksen etuihin voidaan lukea myös tällöin luonnostaan tapahtuva mustalipeän väkevöityminen, jolloin kationisoinnin 5 kannalta vaadittava väkevyys saavutetaan jo tällä menettelyllä.Ultrafiltration of black liquor also has the advantage that ultrafiltration avoids the small-molecular fraction of black liquor and gives a fraction advantageous for flocculation of wastewater colloidal substances with a molecular weight of 2,91642> 20,000. The ultrafiltered fraction thus provides a better starting material for wastewater treatment. The advantages of ultrafiltration also include the natural concentration of black liquor, in which case the concentration required for cationization 5 is already achieved by this procedure.

Tässä keksinnössä ligniinin hydroksyyliryhmiä modifioidaan epoksiammonium- tai kloorihydriiniammoniumsuo-loilla julkaisussa "Preparation and Testing of Cationic 10 Flocculants from Kraft Lignin", ACS Symposium Series 397, 195th National Meeting of the American Chemical Society, Toronto, Ontario, Kanada, 5-11.6.1988, esitetyllä tavalla seuraavan kaavion mukaisesti: 15In the present invention, the hydroxyl groups of lignin are modified with epoxyammonium or chlorohydrin ammonium salts in "Preparation and Testing of Cationic Flocculants from Kraft Lignin", ACS Symposium Series 397, 195th National Meeting of the American Chemical Society, Toronto, Ontario, Canada, June 5-11, 1988. , as shown in the following diagram:

NaOHNaOH

lignin-OH + CH^CHC^N^C^Cl9 ‘ hidas 0 glysidyylitrimetyyliammon i umkloridi lignin-OCHjCHCHgN^fCHaJaCI0 GTAK-reagen.si liilignin-OH + CH 2 CHCl 3 N 2 C 2 Cl 9 'slow O glycidyltrimethylammonium chloride lignin-OCH 2 CHCH 3 N 2 FCH 2 JClCl GTAK-reagen.si lii

λ. OHλ. OH

NaOHNaOH

S NaCI + O- nopea ^ CH2CHCH2N®(CH3)3Ci€,+ NaOH (kloorihydriinireagenssi)S NaCl + O- fast ^ CH2CHCH2N® (CH3) 3Cl2, + NaOH (chlorohydrin reagent)

:. 25 I I:. 25 I I

QJ OH N|3-kloori-2-hydroks ipropyyli ) trimetyyl iammoniumk lonidi US-patenttijulkaisussa 3718639 ligniiniamiineja 30 valmistetaan saattamalla ligniini reagoimaan samoin epi- kloorihydriinin ja tertiäärisen amiinin reaktiotuotteen kanssa. Tässä patenttijulkaisussa ei ole määritetty, millä saannolla epoksireagenssi liittyy hydroksyyliryhmiin. Edellä mainitussa julkaisussa "Preparation and Testing of 35 Cationic Flocculants from Kraft Lignin" on esitetty, että 91642 3 glysidyylitrimetyyliammoniumkloridilla tämä saanto voi olla puhdistetulle tyypilliselle havupuukeiton mustali-peästä eristetylle ligniinille (Indulin AT, valmistaja Westwaco Corp.) yli 50 %. Sen sijaan N-(3-kloori-2-hydrok-5 sipropyyli)trimetyyliammoniumkloridillä (GTAK-HCl-rea- genssilla) ei päästy yli 50 % reagenssisaantoon.QJOH N (3-chloro-2-hydroxypropyl) trimethylammonium chloride In U.S. Patent No. 3,718,639, lignin amines 30 are prepared by reacting lignin in the same manner with the reaction product of epichlorohydrin and a tertiary amine. This patent does not specify the yield of the epoxy reagent associated with the hydroxyl groups. The aforementioned "Preparation and Testing of 35 Cationic Flocculants from Kraft Lignin" discloses that with 91642 3 glycidyltrimethylammonium chloride, this yield can be greater than 50% for purified typical softwood soup isolated from the black-head of coniferous soup (Indulin AT, manufactured by Westwaco Corp.). In contrast, N- (3-chloro-2-hydroxy-5-cipropyl) trimethylammonium chloride (GTAK-HCl reagent) did not achieve a reagent yield of more than 50%.

Nyt on yllättäen havaittu, että lähtemällä mustali-peän ultrasuodatetusta fraktiosta GTAK-HCl-reagenssilla päästään yli 50 % reagenssisaantoon. Saattamalla mustali-10 peän alkaliligniini reagoimaan GTAK-HCl-reagenssin kanssa aikaansaadaan myös se etu, että reagenssi neutraloi musta-lipeän sisältämän alkalin. Oleellista korkean reagenssi-saannon saavuttamiselle on, että reaktion kulkua seurataan määräämällä ajoittain reaktioseoksesta otetun näytteen 15 flokkaustehokkuus kolloidisen silikastandardin suhteen.It has now surprisingly been found that starting from the black-head ultrafiltered fraction with GTAK-HCl reagent, more than 50% reagent yield is obtained. Reacting the black-10 head alkali lignin with the GTAK-HCl reagent also provides the advantage that the reagent neutralizes the alkali contained in the black liquor. It is essential to achieve a high reagent yield that the progress of the reaction is monitored by periodically determining the flocculation efficiency of a sample taken from the reaction mixture with respect to a colloidal silica standard.

Samalla NaOH:n ylimäärä epoksireagenssiksi muuttuneen kloorihydriinireagenssin suhteen pidetään alhaisena (noin 10 % reagenssin määrästä) neutraloimalla jatkuvasti osa NaOH:sta.At the same time, the excess NaOH relative to the chlorohydrin reagent converted to the epoxy reagent is kept low (about 10% of the reagent volume) by continuously neutralizing some of the NaOH.

20 Keksinnön kohteena on flokkulointiaineena käyttö kelpoinen kationen ligniini, jolle on tunnusomaista, että se on valmistettu mustalipeän ultrasuodatetusta fraktiosta siten, että ensin mustalipeä ultrasuodatetaan, minkä jälkeen saatu ultrasuodatettu fraktio kationisoidaan glysi-. . 25 dyylitriammoniumkloridilla tai N-(3-kloori-2-hydroksipro- pyyli)trimetyyliammoniumkloridillä.The invention relates to a cationic lignin suitable for use as a flocculant, characterized in that it is prepared from an ultrafiltered fraction of black liquor by first ultrafiltrating the black liquor and then cationizing the resulting ultrafiltered fraction with glycine. . With diethylammonium chloride or N- (3-chloro-2-hydroxypropyl) trimethylammonium chloride.

Edullisessa suoritusmuodossa ligniini voidaan myös poikkisidostaa formaldehydillä, jolloin ligniinimolekyylin verkko laajenee aina geeliytymiseen asti. On havaittu, 30 että poikkisidostamisen kasvaessa vastaavien kationisten ligniinien optimiflokkausannostus kolloidisten ainesten suhteen pienenee. Samalla kationisointireagenssin kulutusta voidaan vähentää ilman, että kationisoitujen ligniinien typpipitoisuuksissa tapahtuu pienenemistä.In a preferred embodiment, the lignin can also be crosslinked with formaldehyde, whereby the network of the lignin molecule expands all the way to gelation. It has been found that as crosslinking increases, the optimum blocking dose of the corresponding cationic lignins with respect to colloidal materials decreases. At the same time, the consumption of the cationization reagent can be reduced without a decrease in the nitrogen contents of the cationized lignins.

91642 491642 4

Kationisten polymeerien vaikutuksesta jätevesiin tiedetään, että ne yksinään tai epäorgaanisten koagulant-tien kanssa tarttuvat jäteveden sisältämien negatiivisen varauksen omaavien kolloidisten hiukkasten pintaan ja 5 neutraloivat pinnan varauksen sekä poistavat hiukkasten välisen poistovoiman. Tällöin kolloidiset aineosat saostu vat.The effect of cationic polymers on wastewater is known to adhere to the surface of negatively charged colloidal particles contained in the wastewater alone or with inorganic coagulants and neutralize the surface charge as well as remove the interparticle removal force. In this case, the colloidal components precipitate.

Jos flokkausannoksessa on mukana suurimolekyylipai-noista (MP useita miljoonia) lineaarista, kationista, ani-10 onista tai neutraalia vesiliukoista polymeeriä, pitkät taipuisat polymeeriketjut kytkevät saastehiukkasia kimpuiksi, jotka laskeutuvat suurina flokkeina.If a high molecular weight (MP several million) linear, cationic, anionic or neutral water-soluble polymer is present in the flocculation dose, the long flexible polymer chains connect the contaminant particles into bundles that settle as large flocs.

Myös rauta- ja alumiinisuolat sisältävät jätevesien tyypillisellä pH-alueella (pH 6-8) kationisia molekyylila-15 jeja, jotka neutraloivat kolloidisten hiukkasten negatiivisia pintavarauksia ja nopeasti polymeroituvat hydroksi-geeleiksi, samalla sulkien sisäänsä haitallisen jakeen. Usein kuitenkin koagulanttiannokset ovat suuria eivätkä niistä syntyneet lietteet laskeudu hyvin.Also, in the typical pH range of wastewater (pH 6-8), iron and aluminum salts contain cationic molecular species that neutralize the negative surface charges of colloidal particles and rapidly polymerize into hydroxyl gels, while enclosing the harmful fraction. Often, however, coagulant doses are high and the resulting sludges do not settle well.

20 Tämän keksinnön eräänä tarkoituksena on vähentää epäorgaanisten lietteiden määrää ja parantaa niiden las-keutumis- ja väkevöimisominaisuuksia. Tämä saadaan yleisesti aikaan yhdistelmäflokkulanteilla, joissa osana on kationien polyelektrolyytti, epäorgaaninen koagulantti ja φ 25 mahdollisesti neutraalinen tai anioninen suurimolekyyli-painoinen polymeeri. Nyt on havaittu, että useissa yhdis-telmäannoksissa kationinen polyelektrolyytti voidaan korvata halvemmalla kationisella ligniinillä flokkuloimiste-hokkuutta kuitenkaan heikentämättä.It is an object of the present invention to reduce the amount of inorganic sludges and to improve their settling and concentration properties. This is generally accomplished with composite flocculants that include a cationic polyelectrolyte, an inorganic coagulant, and a mahdollisesti 25 potentially neutral or anionic high molecular weight polymer. It has now been found that in several combination doses, the cationic polyelectrolyte can be replaced by cheaper cationic lignin without compromising flocculation efficiency.

30 Useat kokeet fosforipitoisilla jätevesillä osoitta- : vat, että kationinen polyelektrolyytti yhdessä AI- ja Fe- suolojen kanssa paitsi poistavat kolloidista kiintoainetta myös vähentävät huomattavasti fosforin määrää. Näissä tapauksissa kationisen polyelektrolyytin korkea hinta usein 35 estää yhdistelmäannoksen käytön. Nyt on havaittu, että 91642 5 hyviä tuloksia voidaan aikaansaada, kun kationinen poly-elektrolyytti korvataan kationisella ligniinillä. Korvattaessa kallis kationinen polymeeri komponenttiannoksessa halvemmalla kationisella ligniinillä fosforia sisältävän 5 kolloidifraktion poistaminen tulee myös taloudelliseksi.Several experiments with phosphorus-containing effluents show that the cationic polyelectrolyte together with the Al and Fe salts not only remove the colloidal solid but also significantly reduce the amount of phosphorus. In these cases, the high cost of the cationic polyelectrolyte often precludes the use of a combination dose. It has now been found that 91642 5 good results can be obtained when the cationic polyelectrolyte is replaced by cationic lignin. When replacing an expensive cationic polymer in a component dose with a cheaper cationic lignin, the removal of the phosphorus-containing colloidal fraction also becomes economical.

Kationisten polyelektrolyyttien ja kationisten ligniinien flokkuloimistehokkuutta voidaan verrata toisiinsa esitesteillä. Astiatestissä seostetaan kolloidista dispersiota eri suurin flokkulanttiannostuksin, jolloin sakan 10 laskeutumisen jälkeen sarjan alhaisin jäännössamennus ilmoittaa optimiflokkuloimisannoksen. Dispersioanalysaatto-rilla suoritetuissa testeissä ilmenee suhteellinen flokki-koko. Suorittamalla tämä testi erilaisilla sekoitusnopeuk-silla voidaan verrata toisiinsa flokkien kestävyyksiä. 15 Kolloidisina standardidispersioina astiatestissä ja analysaattorilla suoritettavissa testeissä on käytetty mikroki-teistä silikaa ja mikrokiteistä selluloosaa. Flokkien suo-tautuvuuden esitestinä on käytetty tiettyä aikaa, missä kolloidinen dispersio tai jätevesinäyte suotautuu samaan 20 tilavuuteen painesuodattimessa, jossa on 0,45 Mm:n ase-taattikalvo ja kahden baarin paine. Kalvon huokoset tukkeutuvat nopeasti, jos lietteessä on kolloidisia aineosia. Flokin laskeutumista testataan mittasylinterissä, jolloin verrataan laskeutumisaikaa ja tilavuutta, johon flokki 25 laskeutuu.The flocculation efficiencies of cationic polyelectrolytes and cationic lignins can be compared by preliminary tests. In the vessel test, the colloidal dispersion is mixed with different maximum flocculant dosages, with the lowest residual turbidity in the series after settling of the precipitate 10 indicating the optimum flocculation dose. Tests performed with a dispersion analyzer show relative floc size. By performing this test at different mixing speeds, the resistances of the flocs can be compared. Microcrystalline silica and microcrystalline cellulose have been used as colloidal standard dispersions in the vessel test and in the analyzer tests. A predetermined time has been used as a pre-test for flock leachability, with the colloidal dispersion or wastewater sample seeping into the same volume in a pressure filter with a 0.45 mm acetate membrane and a pressure of two bar. The pores of the membrane become rapidly clogged if the slurry contains colloidal ingredients. The settling of the flock is tested in a measuring cylinder, whereby the settling time and the volume to which the flock 25 settles are compared.

Seuraavat esimerkit kuvaavat kationisten ligniinien valmistamista ultrasuodatetusta mustalipeästä.The following examples illustrate the preparation of cationic lignins from ultrafiltered black liquor.

Esimerkki 1 Tässä esimerkissä lähdetään mustalipeän ultrasuoda-30 tetusta fraktiosta (Metsä-Serla Oy), jolloin ligniini ensin poikkisidostetaan formaldehydin kanssa kolmella eri tavalla ja sen jälkeen tuotteet kationisoidaan. Alkutilanne ilmenee taulukosta 1.Example 1 This example starts from the ultrafiltered fraction of black liquor (Metsä-Serla Oy), whereby lignin is first crosslinked with formaldehyde in three different ways and then the products are cationized. The initial situation is shown in Table 1.

6 91 6426 91 642

Taulukko 1table 1

Alkutilanne ultrasuodatetun mustalipeän poikkisi-dostamiselle ja kationisoimiselle 5 _ _Grammaa Mooli- Märkänä Kuivana Kuivana Moolia suhdeInitial situation for cross-precipitation and cationization of ultrafiltered black liquor 5 _ _Grams Mole- Wet Dry Dry Mole ratio

Ligniini 10 Ultrasuodatetussa mustalipeässä kuiva-aine (ka) 18,6 % 100 18,6 Orgaaninen osa 15 88,6 % kaista 16,5Lignin 10 In ultrafiltered black liquor dry matter (ka) 18.6% 100 18.6 Organic matter 15 88.6% lane 16.5

Reaqenssi GTAK-HC1 53,3 %, MP 188,1 48,58 21,63 0,115 1Reagent GTAK-HCl 53.3%, MP 188.1 48.58 21.63 0.115 l

NaOHNaOH

20 Mustalipeässä (11,4 %) 2,1220 In black liquor (11.4%) 2.12

Kuiva-aine: 42.8 X 100 = 27,9 % 25 153,58Dry matter: 42.8 X 100 = 27.9% 25 153.58

Lisätty (5 M liuoksena) 1- erä 3 ml 0,60 2- erä 10 ml 2,00 30 Yhteensä 13 4,72 0,118 1,03Added (as 5 M solution) 1st batch 3 ml 0.60 2nd batch 10 ml 2.00 30 Total 13 4.72 0.118 1.03

Summa 153,58 42,85The amount is 153.58 42.85

Ensimmäinen erä NaOH:a lisättiin ennen poikkisidos-35 tamista, toinen erä poikkisidostamisen jälkeen.The first batch of NaOH was added before crosslinking, the second batch after crosslinking.

7 91 6427 91 642

Poikkisidostus suoritettiin vesihauteessa kolmessa tehokkaalla sekoituksella varustetussa 2 00 ml:n sentrifuu-giputkessa. Putkiin lisättiin 100 g ultrasuodatettua mus-talipeää (ka 18,6 %) ja 3 ml 5 N NaOH:a sekä 0,6, 1,0 ja 5 1,5 ml 37-prosenttista HCHO-liuosta ja reaktioseosta se koitettiin 95 - 100 °C:ssa 1,5 tuntia. Laskettuna 100 g kohti ligniiniä formaldehydipitoisuudet mooleina olivat vastaavasti 0,049, 0,081 ja 0,121.Cross-linking was performed in a water bath in three 200 ml centrifuge tubes with high agitation. To the tubes were added 100 g of ultrafiltered black liquor (ca. 18.6%) and 3 ml of 5 N NaOH and 0.6, 1.0 and 5 ml of 37% HCHO solution and the reaction mixture was stirred at 95-100 ml. At 1.5 ° C. Calculated per 100 g of lignin, the formaldehyde concentrations in moles were 0.049, 0.081 and 0.121, respectively.

Kationisointia varten jäähdytettyihin poikkisidos-10 tettua ligniiniä sisältäviin reaktioseoksiin lisättiin 10 ml 5 N NaOH:a (2 g, 0,05 moolia) ja 21,63 g GTAK-HCl-rea-genssia 53,3-prosenttisena vesiliuoksena. Reaktioaika 55 °C:ssa oli 6 tuntia. Reaktio pysäytettiin neutraloimalla seos laimealla suolahapolla. Ultrasuodatetuista ja kui-15 vatuista tuotteista määritettiin typpiprosentit, joiden perusteella saanto reagenssikulutuksen suhteen kaikissa poikkisidostus/kationisointikokeissa oli 32 %. Alhaisen saannon voidaan katsoa johtuvan hydrolyysisivureaktiosta sekä reagenssin valmistuksen että kationisoinnin aikana. 20 Taulukosta 2 nähdään, että alkaliligniinin poikki sidostus formaldehydillä ennen kationisointia todella aiheuttaa optimiannostuksen pienenemisen astiatestissä. Dis-persioanalysaattorilla suoritetuissa kokeissa ilmenee poikkisidostuksen parantavan flokin kestävyyttä (vertaa 25 suhteellisia flokkikokoja eri sekoitusnopeuksilla). Kokeessa käytetty kaupallinen Fennopol 194 K on voimakkaasti kationinen polyakryyliamidi, jonka moolimassa on noin 4 miljoonaa.For cationization-cooled reaction mixtures containing cross-linked lignin, 10 ml of 5 N NaOH (2 g, 0.05 mol) and 21.63 g of GTAK-HCl reagent as a 53.3% aqueous solution were added. The reaction time at 55 ° C was 6 hours. The reaction was quenched by neutralizing the mixture with dilute hydrochloric acid. Nitrogen percentages were determined from the ultrafiltered and dried products to give a yield of 32% for reagent consumption in all crosslinking / cationization experiments. The low yield can be attributed to the hydrolysis side reaction during both reagent preparation and cationization. It can be seen from Table 2 that cross-linking of alkali lignin with formaldehyde prior to cationization actually causes a decrease in the optimal dosage in the vessel test. Experiments with a dispersion analyzer show cross-linking to improve flock durability (compare 25 relative floc sizes at different agitation rates). The commercial Fennopol 194 K used in the experiment is a strongly cationic polyacrylamide with a molecular weight of about 4 million.

91642 891642 8

Taulukko 2Table 2

Alkaliligniinin CH20-poikkisidostuksen vaikutus vastaavan kationisen ligniinin silikan saostustehoon ast iatest issä<a 5 _Effect of alkali lignin CH 2 O crosslinking on the silica precipitation efficiency of the corresponding cationic lignin in ast iatest tests <a 5 _

Poikkisidostus- Annostus<b Suhteellinen flokkikoko(c aste, moolia % N(a % silikasta 64 rpm 200 rpm 300 rpm ch2o/ioo g 10 0 2,3 0,041 0,65 0,37 0,10 0,049 2,3 0,041 0,82 0,38 0,10 0,081 2,3 0,039 0,99 0,45 0,10 0,121 2,3 0,030 1,6-2,0 0,87 0,20Crosslinking Dosage <b Relative flocculent size (c degree, moles% N (a% silica 64 rpm 200 rpm 300 rpm ch2o / ioo g 10 0 2.3 0.041 0.65 0.37 0.10 0.049 2.3 0.041 0, 82 0.38 0.10 0.081 2.3 0.039 0.99 0.45 0.10 0.121 2.3 0.030 1.6-2.0 0.87 0.20

Fennopol 194 KFennopol 194 K

15 0,033 1,8-2,2 1,20 0,38 e) Raakatuote puhdistettiin ultrasuodattamalla Diaflo YM2 -kalvon läpi (Amicon Corp., eksluusioraja 1 000). b> Astiatesteissä kolloidisena standardidispersiona oli 20 mikrokiteinen silika (Min-U-Sil 5; Pennsylvania Class and Sand Corp.) väkevyydellä 250 mg/600 ml.0.033 1.8-2.2 1.20 0.38 e) The crude product was purified by ultrafiltration through a Diaflo YM2 membrane (Amicon Corp., exclusion limit 1,000). In vessel tests, the standard colloidal dispersion was 20 microcrystalline silica (Min-U-Sil 5; Pennsylvania Class and Sand Corp.) at a concentration of 250 mg / 600 mL.

c) Suhteellinen flokkikoko määrättiin fotometrisellä dis-persioanalysaattorilla PDA 2 000/Rank Brothers Ltd).c) Relative floc size was determined with a photometric dispersion analyzer (PDA 2000 / Rank Brothers Ltd).

25 Esimerkki 2 Tämä esimerkki osoittaa, että ultrasuodatetusta mustalipeästä GTAK-reagenssilla voidaan valmistaa kationi-nen ligniini, jonka typpipitoisuus (puhdistettuna) on 3,0 % ja reagenssisaanto 52 %. Näin valmistettu kationinen 30 ligniini saosti astiatestissä kolloidista silikaa tehok-·* kaammin kuin kaupallinen Fennopol K 1912 (lievästi katio ninen polyakryyliamidityyppinen polyelektrolyytti, jonka moolimassa on noin 4 miljoonaa). Kokeessa käytettiin Met-sä-Serla Oy:Itä saatua ultrasuodatettua mustalipeää (re-35 tentiaatti), jonka kuiva-ainepitoisuus oli 16,6 %. Musta- 91642 9 lipeä haihdutettiin 90 °C:ssa lämpökaapissa kunnes kuiva-ainepitoisuus oli 29,9 %.Example 2 This example demonstrates that cationic lignin with a nitrogen content (purified) of 3.0% and a reagent yield of 52% can be prepared from ultrafiltered black liquor with GTAK reagent. The cationic lignin thus prepared precipitated colloidal silica more efficiently in a vessel test than the commercial Fennopol K 1912 (a slightly cationic polyacrylamide-type polyelectrolyte having a molecular weight of about 4 million). The experiment used ultrafiltered black liquor (re-35 tentate) from Met-sä-Serla Oy with a dry matter content of 16.6%. The black liquor was evaporated at 90 ° C in an oven until the dry matter content was 29.9%.

Taulukko 3 5 Kationisen ligniinin valmistus ultrasuodatetusta mustalipeästä glysidyylitrimetyyliammoniumkloridi (GTAK) -reagenssilla 10 Grammaa Mooli- Märkänä Kuivana Moolia suhde Lähtötilanne LähtöseoksenTable 3 5 Preparation of cationic lignin from ultrafiltered black liquor with glycidyltrimethylammonium chloride (GTAK) reagent 10 Grams Mole-Wet Dry Mole ratio Baseline Starting mixture

Ultrasuod. musta- kuiva-aine- 15 lipeä, ka 29,9 % 604,1 180,1 pitoisuus oli 43,3%Ultrasuod. black-dry-liquor, also 29.9% 604.1 180.1 content was 43.3%

Ligniiniä 163,08Lignin 163.08

Reagenssi 228,8 151,47 0,999 1 GTAK, ka 79 % 100 % epoksidia epoksidia 66,2 % 20 raakatuotteesta 83,8 % karstaReagent 228.8 151.47 0.999 1 GTAK, including 79% 100% epoxy epoxy 66.2% of 20 crude products 83.8% karst

NaOH 17,87 0,447 0,447NaOH 17.87 0.447 0.447

Reagoitiin 4 h 35 - 40 °C:ssa ja sen jälkeen 45 h 55 °C:ssa 25 Puhdistetussa tuotteessa oli typpeä 3,0 %, minkä perusteella reagenssisaanto oli 52 %Reacted for 4 h at 35-40 ° C and then for 45 h at 55 ° C The purified product contained 3.0% nitrogen, resulting in a reagent yield of 52%.

Esimerkki 3 Tässä esimerkissä kuvataan kokeita, joissa Metsä-30 sellu Oy: n Äänekosken tehtaiden biologisen puhdistamon jälkiselkeyttämöltä lähtevästä vedestä poistettiin kiintoainetta ja fosforia. Kokeet suoritettiin astiatestilait-teistossa (Phipps & Bird), jossa 800 ml:n dekantterilasei-hin oli lisätty 600 ml poistovettä. Saostimet lisättiin 35 nopean sekoituksen (64 rpm) aikana, minkä jälkeen sekoitusta jatkettiin 5 min. Ennen ilokin laskeuttamista sekoi- 91642 10 tettiin 5 minuuttia hitaasti (30 rpm), minkä jälkeen sakan annettiin laskeutua sekoittamatta 30 minuuttia. Selkeytetystä liuoksesta pipetoitiin 30 minuutin kuluttua 100 ml:n näyte. Kaikki kemikaaliannokset on laskettu litraa kohti 5 jätevettä (ppm, mg/1, g/m3) .Example 3 This example describes experiments in which solids and phosphorus were removed from the water leaving the post-clarification plant of Metsä-30 pulp Oy's Äänekoski mills biological treatment plant. The experiments were performed in a vessel test apparatus (Phipps & Bird) in which 600 ml of effluent was added to 800 ml beakers. Precipitators were added during rapid stirring (64 rpm), after which stirring was continued for 5 min. Before settling, the precipitate was stirred slowly for 5 minutes (30 rpm), after which the precipitate was allowed to settle without stirring for 30 minutes. After 30 minutes, a 100 ml sample of the clarified solution was pipetted. All chemical doses are calculated per liter of 5 wastewater (ppm, mg / l, g / m3).

Kokeista 1 ja 3 vastaavasti ilmenee, että Ansu 2:n (kaupallinen alumiinisulfaatti, valmistaja Kemira Oy) annoksella 37,5 ppm ja kationisen ligniinin annoksella 1,25 ppm fosforimäärän väheneminen on samaa suuruusluokkaa 10 (49 % vs. 59 %) ja kiintoainemäärän väheneminen on suurem pi (81 % vs. 68 %) kuin Ansu 2:n annoksella 35 ppm ja kationisen Fennopolin annoksella 2,2 ppm.Experiments 1 and 3, respectively, show that the reduction in phosphorus content at the dose of 37.5 ppm for Ansu 2 (commercial aluminum sulphate, manufactured by Kemira Oy) and 1.25 ppm for cationic lignin is of the same order of magnitude (49% vs. 59%) and the reduction in solids content is greater pi (81% vs. 68%) than Ansu 2 at 35 ppm and cationic Fennopol at 2.2 ppm.

Kokeissa 5, 6 ja 7, joissa Fe3*-sulfaattia käytettiin yhdessä kationisen ligniinin kanssa, voitiin fosforin 15 määrää vähentää yhtä suuressa määrin kuin vastaavasti kokeessa, jossa käytettiin Ansu 2:a ja kationista ligniiniä (koe 1). Vaikka ilokin laskeutumista edistettiin neutraalin Fennopol N-300:n (hyvin lievästi anioninen polyakryy-liamidi, jonka moolimassa on noin 10 miljoonaa) avulla, 20 kiintoainemäärää voitiin vähentää huomattavasti ainoastaan kokeessa 4 (85 %), muissa Fe3+-sulfaattia sisältävissä kokeissa (5, 6 ja 7) alle 50 %.In Experiments 5, 6 and 7, in which Fe 3 * sulphate was used in combination with cationic lignin, the amount of phosphorus 15 could be reduced by the same amount as in Experiment using Ansu 2 and cationic lignin, respectively (Experiment 1). Although the deposition of ilok was promoted by neutral Fennopol N-300 (a very slightly anionic polyacrylamide with a molecular weight of about 10 million), 20 solids could be significantly reduced only in Experiment 4 (85%), in other experiments containing Fe3 + sulphate (5, 6 and 7) less than 50%.

11 9164211,91642

Taulukko 4Table 4

Fosforin ja kolloidisen kiintoaineen poistaminen sellutehtaan jälkiselkeyttämöltä lähtevästä vedestä pH:ssa 7,5 käyttämällä epäorgaanisen koagulantin ja 5 kationisen ligniinin tai kationisen poly(akryyli- amidin) tai neutraalin poly(akryyliamidin) yhteis-annostustaRemoval of phosphorus and colloidal solids from pulp mill effluent at pH 7.5 using co-dosing of inorganic coagulant and cationic lignin or cationic poly (acrylamide) or neutral poly (acrylamide)

Koe Epäorgaaninen Kationinen Reduktio % 10 nro koagulantti polyelektro- kiinto- fosfori (ppm) lyytti (ppm) aineExperiment Inorganic Cationic Reduction% 10 No. coagulant polyelectro-phosphorus (ppm) lithium (ppm) substance

Ansu 2 kat. ligniini 1 37,5 1,25 81 49 15 2 37,5 3,75 80 52 kat. Fennopol 3 35 2,2 68 59Ansu 2 cat. lignin 1 37.5 1.25 81 49 15 2 37.5 3.75 80 52 cat. Fennopol 3 35 2.2 68 59

Fe3+-sulfaatti kat. Fennopol ligniini N-300 20 4 31,3 1,56 - 85 54 5 31 1,25 1,25 40 58 6 31 1,90 1,90 40 58 7 31,3 1,56 1,90 48 58 25 Sellutehtaan poistovedessä oli 0,95 mg/1 fosforia ja 97 mg/1 kiintoainetta. Liuos koetta l varten sisälsi 3 g Ansu 2:a ja 100 mg kationista ligniiniä litrassa vettä. Kokeessa 2 saostusliuos sisälsi litraa kohti 3 g Ansu 2:a ja 300 mg kationista ligniiniä. Kokeessa 3 käytettiin liuosta, 30 joka käyttöväkevyydessä sisälsi millilitrassa 5 mg ferri-. sulfaattia ja 0,25 mg kationista ligniiniä. Ferrisulfaatti oli kaupallista (70 %) , joka kuivattiin lämpökaapissa 120 °C:ssa vakiopainoon.Fe3 + sulfate cat. Fennopol lignin N-300 20 4 31.3 1.56 - 85 54 5 31 1.25 1.25 40 58 6 31 1.90 1.90 40 58 7 31.3 1.56 1.90 48 58 25 Pulp mill the effluent contained 0.95 mg / l phosphorus and 97 mg / l solids. The solution for Experiment 1 contained 3 g of Ansu 2 and 100 mg of cationic lignin per liter of water. In Experiment 2, the precipitation solution contained 3 g of Ansu 2 and 300 mg of cationic lignin per liter. Experiment 3 used a solution 30 containing 5 mg of ferric. sulfate and 0.25 mg of cationic lignin. Ferrisulfate was commercial (70%) and dried in an oven at 120 ° C to constant weight.

Esimerkki 4 35 Tässä esimerkissä kuvataan, kuinka ultrasuodatetus- ta mustalipeästä poikkisidostamisen jälkeen GTAK-HCl-rea- 12 91642 genssilla saadaan kationinen ligniini 73,6 %:n reagenssi-saannolla.Example 4 This example describes how, after crosslinking from ultrafiltered black liquor with GTAK-HCl reagent, cationic lignin is obtained in a reagent yield of 73.6%.

Taulukko 5 5 Olosuhteet ultrasuodatetun mustalipeän poikkisidos- tamiselle ja kationisoimiselle GTAK-HCl-reagenssil-la _Grammaa_ Mooli- 10 Märkänä Kuivana Moolia suhdeTable 5 5 Conditions for Cross-linking and Cationization of Ultrafiltered Black Liquid with GTAK-HCl Reagent-Grams_ Moles 10 Wet Dry Moles Ratio

LigniiniLignin

Ultrasuodatetussa mustalipeässä, 15 ka 27,5 % 986 271,2In ultrafiltered black liquor, 15 ka 27.5% 986 271.2

Orgaaninen osa 241,4Organic part 241.4

NaOH (M 40,01) mustalipeässä 29,8NaOH (M 40.01) in black liquor 29.8

Lisäykset 20 1-erä (ennen poikki- sidostamista) 13,8 2-erä (poikkisidostamisen jälkeen) 23,0 1,665 1,68Additions 20 1-batch (before cross-linking) 13.8 2-batch (after cross-linking) 23.0 1.665 1.68

Poikkisidostus 80 °C/6 h 25 formaldehydi (M 30,02) 37-% liuos 50 18,5 0,616Crosslinking 80 ° C / 6 h Formaldehyde (M 30.02) 37% solution 50 18.5 0.616

Eetteröinti 65 °C/6,5 h GTAK-HCl (M 188,11) 62,3-% liuos aktiivi- 30 aineen suhteen 300 186,9 0,994 1Etherification 65 ° C / 6.5 h GTAK-HCl (M 188.11) 62.3% solution relative to the active substance 300 186.9 0.994 l

Kuiva-ainetta poikkisidostettaessa oli 28,9 % ja eetteröi-täessä 38,4 %. Reagenssia reaktioseoksessa oli 0,994/241,4 x 100 = 0,412 moolia/100 g ligniiniä. Formal-35 dehydiä käytettiin 0,26 moolia 100 g kohti ligniiniä.The dry matter was 28.9% when crosslinked and 38.4% when etherified. The reagent in the reaction mixture was 0.994 / 241.4 x 100 = 0.412 mol / 100 g of lignin. Formal-35 dehyde was used in 0.26 moles per 100 g of lignin.

n 91642 13n 91642 13

Poikkisidostamista varten formaldehydi sekoitettiin alkaliligniiniin 50 °C:ssa, minkä jälkeen lämpötila nostettiin 80 °C:seen ja seosta sekoitettiin tässä lämpötilassa 6 tunnin ajan.For crosslinking, the formaldehyde was mixed with alkali lignin at 50 ° C, after which the temperature was raised to 80 ° C and the mixture was stirred at this temperature for 6 hours.

5 Jäähdytettyyn seokseen lisättiin 65 °C:ssa toinen erä NaOH:a sekä kationisoimisreagenssi sekoittaen 0,5 tunnin aikana. Sekoittamista jatkettiin samassa lämpötilassa 2,5 tuntia, jolloin reaktioseos oli täysin vesiliukoinen. Reaktion annettiin edistyä 65 °C:ssa 3,5 tuntia, jonka 10 jälkeen seos neutraloitiin laimealla suolahapolla. Ultra-suodatetussa (Amicon PM 10 kalvo, M > 10 000) ja kuivatussa näytteessä oli typpeä 2,9 %.To the cooled mixture at 65 ° C was added a second portion of NaOH and the cationization reagent with stirring over 0.5 h. Stirring was continued at the same temperature for 2.5 hours, at which time the reaction mixture was completely soluble in water. The reaction was allowed to proceed at 65 ° C for 3.5 hours, after which the mixture was neutralized with dilute hydrochloric acid. The ultra-filtered (Amicon PM 10 membrane, M> 10,000) and dried sample contained 2.9% nitrogen.

Reagenssisaannon laskeminen: 100 g kohti puhdasta kationista ligniiniä oli . 0>20vl4 x 152j64 = 31,62 g 15 14 GTAK-reagenssia ja 100,00 - 31,62 = 68,38 g ligniiniä. Reagenssisaanto: 0.207 241.4 = 73 5 % 68,38 0,994Calculation of reagent yield: per 100 g of pure cationic lignin was. 0> 20vl4 x 152j64 = 31.62 g of 15 14 GTAK reagent and 100.00-31.62 = 68.38 g of lignin. Reagent yield: 0.207 241.4 = 73 5% 68.38 0.994

Claims (3)

91642 Patentt ivaatimukset91642 Patent Claims 1. Flokkulointiaineena käyttökelpoinen kationinen ligniini, tunnettu siitä, että se on valmistettu 5 mustalipeän ultrasuodatetusta fraktiosta siten, että ensin mustalipeä ultrasuodatetaan, minkä jälkeen saatu ultrasuo-datettu fraktio kationisoidaan glysidyylitriammoniumklori-dilla tai N-(3-kloori-2-hydroksipropyyli)trimetyyliammo-niumkloridilla.Cationic lignin useful as a flocculant, characterized in that it is prepared from an ultrafiltered fraction of 5 black liquors by first ultrafiltrating the black liquor, followed by cationization of the resulting ultrafiltered fraction with glycidyltriammonium chloride or N- (3-chloro-2-hydroxypropyl) trim. chloride. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kationinen lig niini, tunnettu siitä, että ennen kationisointia mustalipeän ultrasuodatettu fraktio poikkisidostetaan formaldehydillä.Cationic ligin according to Claim 1, characterized in that the ultrafiltered fraction of the black liquor is crosslinked with formaldehyde before cationization. 3. Menetelmä jätevesien puhdistamiseksi, t u n -15 n e t t u siitä, että jätevettä käsitellään patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaisella kationisella ligniinillä. il 91642Process for the treatment of waste water, characterized in that the waste water is treated with a cationic lignin according to claim 1 or 2. il 91642
FI912863A 1991-06-13 1991-06-13 Cationic lignin useful as a flocculant and wastewater purification process FI91642C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI912863A FI91642C (en) 1991-06-13 1991-06-13 Cationic lignin useful as a flocculant and wastewater purification process

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI912863A FI91642C (en) 1991-06-13 1991-06-13 Cationic lignin useful as a flocculant and wastewater purification process
FI912863 1991-06-13

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI912863A0 FI912863A0 (en) 1991-06-13
FI912863A FI912863A (en) 1992-12-14
FI91642B true FI91642B (en) 1994-04-15
FI91642C FI91642C (en) 1994-07-25

Family

ID=8532699

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI912863A FI91642C (en) 1991-06-13 1991-06-13 Cationic lignin useful as a flocculant and wastewater purification process

Country Status (1)

Country Link
FI (1) FI91642C (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017077195A1 (en) * 2015-11-04 2017-05-11 Kemira Oyj Method for optimising material recovery in a chemical pulping process

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113651963B (en) * 2021-07-16 2022-05-24 华南理工大学 Hyperbranched lignin-based cationic starch multifunctional composite flocculant and preparation and application thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017077195A1 (en) * 2015-11-04 2017-05-11 Kemira Oyj Method for optimising material recovery in a chemical pulping process
CN108349761A (en) * 2015-11-04 2018-07-31 凯米罗总公司 Method for optimizing the material recovery in chemical pulping process

Also Published As

Publication number Publication date
FI912863A (en) 1992-12-14
FI912863A0 (en) 1991-06-13
FI91642C (en) 1994-07-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6378342B2 (en) Organic wastewater treatment method
DE69415294T2 (en) Quaternized polyvinylamines as clarifiers for water
EP1274652B1 (en) Method of clarifying water using low molecular weight cationic dispersion polymers
EP0630858B1 (en) Composition and method for water clarification and wastewater treatment
US3897333A (en) Flocculating agents
US5643462A (en) Composition and method for water clarification
Miranda et al. Understanding the efficiency of aluminum coagulants used in dissolved air flotation (DAF)
CA2110365A1 (en) Quaternized polyvinylamines for deinking loop clarification
FI91642B (en) Cationic lignin which can be used as a flocculating agent and method for purification of waste water
US5916991A (en) Composition and method for water clarification
US5597490A (en) DADMAC/vinyl trialkoxysilane copolymers for treatment of food processing wastes
CA2059828A1 (en) Methods for the flocculation of coal fines and insoluble metals in coal mine waters
US5589075A (en) Use of silicon containing polyelectrolytes in wastewater treatment
JP2014094365A (en) Decoloration method for waste water subjected to anaerobic biological treatment
WO1994002424A1 (en) Process for purifying sludge containing mainly water
US5846436A (en) Composition and method for water clarification
FI91770B (en) Cationic tannin useful as flocculant and composition useful as flocculant in wastewater purification
CN115894807A (en) Super-concentrated coagulant and preparation method thereof
EP3980384A1 (en) Method for removing dissolved organic compounds from wastewater
US5684109A (en) Composition comprising a tannin-containing copolymer
Oelmeyer et al. Combined flocculant systems with cationic starches in the solid/liquid separation of harbor sediments
JP2018153811A (en) Processing method of organic waste water and composition for processing organic waste water
FI67870B (en) PULVERFORMED STARKA CATIONIC POLYELEKTROLYTET PAO BASEN AV ACRYLAMID OCH DIMETHYLAMINOETHYLACRYLATE I FORM AV ETT KVATERNAERT AMMONIUMSALT ELLER ETT SYRAADDITIONSSALT SAMT POLYELEKTROLYTERNAS SENS
JP2001162285A (en) Method for treating food processing colored waste fluid
JP2016150312A (en) Coagulation treatment agent for waste water, and coagulation treatment method of waste water

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Owner name: METSÄ-SERLA OY

BB Publication of examined application
MA Patent expired